Effects of drip irrigation on components of water cycle in arid inland areas: A case study of Manas river basin in northwestern China

Compared to either drip irrigation or mulching with plastic film,the two methods together can reduce water requirements of crops grown in arid areas by more than 30%.Such a combination deployed on a large scale(1)reduced the loss of soil water by 31.8%compared to that from drip irrigation alone;(2)narrowed the range of annual evapotranspiration from 1582.4-1780.3 mm,which is average for the basin,to 222.2-294.8 mm;and(3)increased the overall humidity in the central plain of the basin.However,the surrounding regions in which drip irrigation is not combined with mulching are getting more arid;thus,as a result of the water-saving technology,both oases and the desertification of the river basin are increasing at the same time.The results of the study further the understanding of the effects of drip irrigation combined with mulching on water cycles in the basin of the Manas river and suggest ways to protect the ecology and the environment of the basin.

DSF-GWO算法在玛纳斯河灌区种植结构优化中的应用

针对水资源总量约束条件下玛纳斯河灌区种植结构优化和农业用水合理配置的科学问题,以玛纳斯河灌区(石河子灌区、莫索湾灌区和下野地灌区)小麦、棉花、玉米、葡萄4种典型作物种植结构为基础,构建多目标优化配置模型对作物种植结构进行优化调整,采用改进后的灰狼优化算法(DSF-GWO)求解社会满足型(方案1)、节水优先型(方案2)、经济成本型(方案3)、综合发展型(方案4)4种发展情景下的子灌区农业种植结构优化方案.结果表明:石河子灌区方案2和方案3产生相同经济效益时,方案3的生态、社会效益比方案2分别低4.3%和7.3%,因此,方案2较适合石河子灌区规划年种植结构发展要求;莫索湾灌区方案4产生的经济效益分别高于方案1和方案3的3.6%和4.2%,生态效益高于方案2的0.5%,因此,选择方案4符合莫索湾灌区规划年种植结构发展需求;下野地灌区方案4产生的经济、社会效益均高于其他方案,生态效益对比其他方案相差较小,所以选择方案4对下野地灌区规划年种植结构进行调整.

玛河灌区膜下滴灌棉田表层土壤盐分空间变异性

应用区域采样点数据,结合地统计学与空间简单克里金插值等分析方法,分析了玛纳斯河流域中游平原灌区膜下滴灌棉田表层土壤盐分的空间变异性。结果表明:棉花采收后表层土壤含盐量变异系数为35.617%,表现为中等强度变异性,服从正态分布;具有强二阶趋势效应,灌区中部趋势影响力变化剧烈;块金系数小于25%,具有很强的空间相关性,其变异主要受空间结构性因素的影响;沿等高线方向表现为各向异性,垂直等高线方向表现为各向同性;棉花采收后表层土壤含盐量具有明显的连续变化,灌区内不存在盐土、重度盐化土和中度盐化土,轻度盐化土在整个灌区占主导地位并广泛分布于各子灌区,非盐化土主要分布在南部山前地区和东北局部地区。

灌溉方式对玛纳斯河中游灌区棉花生长季棉田土壤含盐量的影响

采用田间取样、实验室分析以及统计分析等方法,对新疆玛纳斯河中游灌区漫灌、滴灌2种灌溉方式下棉田土壤含盐量在棉花全生长季的变化进行定量分析。结果表明,灌溉方式对表层土壤（0-20cm）和次深层土壤（40-60cm）含盐量影响较大,其次是深层（60-100cm）和根层土壤（20-40cm）。其中漫灌方式下土壤含盐量的最大值多出现在深层（60-100cm）或次深层（40-60cm）,在时间上含盐量最大值则出现在棉花生长期前半段（6月份或更早）;而滴灌方式下土壤含盐量的最大值多出现在根层（20-40cm）或次深层（40-60cm）,在时间上,土壤含盐量的最大值多出现在生长期的后半段（7月或以后）。对不同灌溉方式下各样点土壤含盐量数据的非参数配对样本进行检验,发现灌溉方式对土壤含盐量的影响以7月最大,其次是8月,之后分别是6月、5月、4月;从土层深度看,灌溉方式对表层（0-20cm）土壤含盐量影响最大,其次是深层（60-100cm）,之后分别是根层（20-40cm）和次深层（40-60cm）。

玛纳斯河灌区地表水与地下水联合调度模型

通过分析新疆农八师玛纳斯河灌区水资源供需状况,结合灌区的灌溉系统、农作物种类及灌溉制度,建立了以灌区地下水抽水总量最小为主要目标,以灌区农业经济总效益最大为次要目标的地表水与地下水联合调度模型,并采用目标规划法对模型进行了求解,得到了在不同保证率下灌区地表水和地下水联合调度方案及农作物种植面积。结果表明:灌区供需水高峰期不一致和灌溉系统的蓄水、输配水能力不足是产生灌区水资源供需矛盾的主要原因,应适当调整灌区农业种植结构,改造灌区水利工程。

不同灌溉方式棉田土壤含盐量的分布特征——以玛纳斯河中游灌区为例

【目的】为干旱区节水灌溉和土壤盐渍化的预防提供依据。【方法】采用野外采样、实验室分析以及统计分析等方法,并基于空间换时间的研究方法,以玛纳斯河中游灌区为例,开展了灌溉方式(荒地、漫灌、滴灌)对棉田土壤盐分分布特征的研究。【结果】各灌溉方式变化过程0~40 cm及0~100 cm剖面内各层土壤含盐量分布特征大致为:荒地最高,滴灌棉田灌溉初期次之,漫灌棉田相对最低;随滴灌年限增加,土壤含盐量呈波动上升趋势;随着土层深度增加,各样地土壤含盐量大致呈现出:荒地各层土壤含盐量均比较高,漫灌棉田土壤含盐量主要集中在20~60 cm土层,0~20、60~100 cm土层相对较少,滴灌棉田各层土壤含盐量规律不明显。不同灌溉方式棉田纵剖面土壤含盐量的变异性为:荒地最低,漫灌棉田最高,而滴灌棉田变异性位于荒地和漫灌棉田之间,并且随滴灌年限增加土壤含盐量变异性呈现出1~4 a内波动减小,4~5 a间达到最小,4~5 a后波动增大的趋势;在灌溉方式变化过程中随土层深度增加各层土壤含盐量变异性呈波动下降的趋势。【结论】综上可知,不同灌溉方式以及灌溉年限的变化对棉田各层土壤含盐量及其变异性会有明显的影响。

水资源三条红线约束下玛纳斯河灌区种植结构优化研究

针对玛纳斯河灌区存在农业用水比重大、用水结构单一的水资源配置问题,以解决多目标权重系数波动的问题为目标,通过模糊集理论建立基于鲁棒规划的农业水资源多目标配置模型,结合最优滴灌比和鲁棒规划算出玛纳斯河灌区水资源三条红线约束下最优种植结构。结果表明,对多目标线性模型采用鲁棒优化,可有效降低权重值的改变对模型输出产生的影响;通过使单位水收益最大实现对模型最优性和鲁棒性之间的权衡,有效解决了农业水资源配置问题;灌区在D6(6%)保护度下综合效益最高,小麦、棉花、玉米、葡萄作物种植面积分别为7.44×10^(4)、11.04×10^(4)、3.69×10^(4)、0.98×10^(4)ha,平衡风险与收益率后取情景3为最优种植配置方案。研究结果对玛纳斯河灌区种植结构及水资源配置提供了基础支撑,亦对区域水土资源可持续高效利用具有重要意义。

水资源“三条红线”约束下玛纳斯河灌区退耕土壤质量评价

水资源“三条红线”约束促使以农业用水为主的区域逐步开展退地减水措施,有效地保证了用水总量控制指标,也产生部分土地退耕撂荒的土壤质量下降问题。本文以水资源“三条红线”约束下新疆玛纳斯河灌区退耕土壤为研究对象,分析对比了退耕地块(RF)和临近耕作地块(CK)土壤pH值、可溶性总盐(TDS)、有机质(OM)、全氮(TN)、全磷(TP)、碱解氮(AN)和速效钾(AK)7个土壤质量指标,通过构建模糊综合评价模型计算RF和CK土壤肥力指数,分析水资源“三条红线”约束下玛纳斯河灌区退耕土壤质量。结果表明:(1)退耕地块和临近耕作地块pH在7.18~8.78之间,总体上与土壤深度呈正相关。退耕地块含盐量整体比临近耕作地块高10.84%,盐分主要分布在40~100 cm。(2)退耕地块的土壤养分整体上低于临近耕作地块,其中碱解氮差异最大,低了22.15%。(3)退耕地块和临近耕作地块土壤肥力评价指数范围为0.49~0.77,土壤质量均在中等偏上,临近耕作地块比退耕地块肥力指数均值高6.67%。研究结果可为灌区水资源总量约束下退地方案的实施及土壤质量保护提供理论依据。

新疆肯斯瓦特水利枢纽工程的作用及其影响研究

新疆肯斯瓦特水利枢纽工程是玛河灌区经济发展规划中的重要内容。本文针对工程修建后将发挥的作用和可能产生的影响,采用实地调研和实测数据分析两种研究方法,从玛河灌区水资源的演变趋势及开发利用两个方面,详细说明工程运行对灌区水资源时空分布、防洪调度、生态环境以及水生生物的影响。结果表明:该工程建设不会对灌区水资源及生态环境产生过多负面影响,反而会提高灌区水资源的利用效率。本次研究成果将为全面评估干旱地区水利工程的作用及影响提供科学依据。

玛纳斯河灌区渠道改造设计方案分析

大型灌区是当前集约化农业发展的代表,也是减少灌溉用水的重要途径。渠道系统是灌区的基础,由于灌区发展及年久失修,很多渠道出现输水能力不足、渗漏严重等问题,必须进行改造。本文以玛纳斯河灌区为实例,介绍了渠道改造中的方案设计问题,包括渠线、纵坡、断面形式、抗冻胀等,为以后类似工程提供了技术参考。

不同灌溉方式下棉田土壤盐分变化分析——以玛纳斯河中游典型灌区为例

采用田间取样、土样实验室分析以及统计分析等方法,对新疆玛纳斯河中游灌区漫灌、滴灌2种灌溉方式下棉田土壤含盐量在棉花全生长季的变化进行定量分析。结果表明:从土层角度分析,漫灌棉田0-100cm整个剖面土层以及各土层土壤平均盐分值低于滴灌棉田;漫灌棉花生长期内土壤盐分主要集中在40-60cm土层,而滴灌棉田土壤盐分主要集中在20-40cm土层;滴灌棉花生长期内各土层土壤盐分分布较漫灌棉田土壤盐分更均匀。从时间角度分析,漫灌棉田0-100cm整个剖面土层以及各土层盐分峰值出现的时间早于滴灌棉田;漫灌棉花生长期内各土层盐分峰值出现在5月或6月份,而滴灌棉田各土层盐分峰值出现在6月或7月份,6月或7月是漫灌、滴灌棉田垂直土层盐分分布比较均匀的时间。研究结论对减缓土壤盐渍化、指导灌溉施肥管理以及改善可持续土地利用的可能措施均有积极意义。

基于MSAVI-SI特征空间的玛纳斯河流域灌区土壤盐渍化研究

玛纳斯河灌区是新疆重要的农业绿洲之一,其发展受土壤盐渍化制约,土壤盐渍化信息获取成为首要问题。以Landsat-OLI卫星影像和野外调查数据为基础,对修改型土壤调整植被指数（MSAVI）和盐分指数（SI）之间的关系进行了综合分析,并提出了MSAVI-SI特征空间概念,进而构建了盐渍化遥感信息提取指数模型（MSI）。结果表明：1不同程度盐渍化类型MSI平均值差异特征明显,其差值在0.35~0.43,因此,MSI指数可以作为盐渍化信息快速提取的指标。2灌区土壤受盐渍化侵扰严重,尤其从下游农业生产区到古尔班通古特沙漠过渡的生态脆弱区,受地下水影响明显的中段,土壤盐渍化仍是土地退化的重要原因。本研究对土壤盐渍化遥感监测和管理,以及区域环境保护具有重要意义。

莫索湾灌区近22年来地下水埋深变化及影响因素分析

地下水是干旱区重要的供水水源,随着人类对地下水的大量开采,地下水位急剧下降,严重影响了干旱区的生态环境。文中基于莫索湾灌区近22年地下水埋深实测数据,通过对比灌区总体与各灌区的埋深变化探究研究区地下水埋深的空间与时间差异,系统分析了该灌区地下水埋深年内变化过程;运用SPSS分析软件对莫索湾地下水埋深变化的影响因子进行了多元回归分析。结果表明,22年来莫索湾灌区地下水埋深总体增加,地下水开采量已逐渐成为影响地下水埋深的主要因素,地下水埋深变化已呈现开采型。2015年后沙漠边缘团场地下水埋深增加趋势逐渐减弱,这是由于地下水开采管理政策的实施。实践证明,严格控制地下水开采是遏制地下水埋深迅速增加的有效手段。

基于系统动力学的玛纳斯河灌区水资源供需平衡分析

利用系统动力学模型定量模拟玛纳斯河灌区水资源供需状况,在分析水资源供需平衡敏感性影响因子的基础上,提出传统型、一般治污型、强化治污型、一般节水型、强化节水型和综合型六种模拟方案,对玛纳斯河灌区未来水资源的供需平衡状况进行分析。结果表明:按照传统型方案,未来几年玛纳斯河灌区水资源的供需缺口逐渐增大,虽然强化节水可以满足水资源需求量,但强化治污和强化节水相结合的综合型方案能够产生更多的余水,到2030年,余水量为3.19×10~8m^3。从而提出将治污与节水相结合的管理措施,从根本上解决水资源的供需状况,维持玛纳斯河灌区水资源的可持续发展。